新型横列式直升机无周期变距旋翼气弹响应及稳定性分析

发布时间：2017-10-01 20:19

  本文关键词：新型横列式直升机无周期变距旋翼气弹响应及稳定性分析

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【摘要】：为了克服常规直升机的性能局限,新构型直升机的探索迫在眉睫。旋翼动力学问题是研究新构型直升机必须面对的重要内容。本文研究对象是一种新型横列式直升机,其采用创新的横列式布局,旋翼采用无周期变距刚性桨叶,桨叶根部固连在桨毂上。桨毂底部由万向铰支撑并与旋转轴进行连接。由于没有挥舞铰和摆振铰,旋翼桨盘主要依靠万向铰底部的操纵拉杆产生倾斜,而不需要周期变距。本文基于弹性桨叶的假设,使用汉密尔顿变分原理建立了新型横列式直升机弹性桨叶的有限元结构分析模型,引入了万向铰自由度,反映其独特的结构特征。使用准定常气动模型和均匀入流模型建立了旋翼气动力分析模型。并且通过与现有直升机桨叶数据进行固有频率与振型的计算对比,验证了模型的可靠性。在此基础上,通过模态分析法与数值积分法计算模型桨叶及新型横列式直升机旋翼在不同的初始条件与系统参数下的气弹响应历程。结果表明,在悬停状态下,直升机旋翼各自由度响应趋于定值;在前飞状态下,直升机旋翼各自由度响应呈现周期性。通过状态空间特征值分析法,研究新型横列式直升机旋翼的频率与阻尼特性,分析了系统一些重要参数,如万向铰刚度、旋翼总距、预锥角、前飞速度、结构刚度与拉力系数对系统稳定性的影响。国内对于横列式直升机气动弹性响应与稳定性分析的研究还十分不足,本文对于新型横列式直升机无周期变距旋翼的结构动力学模型、气动模型与稳定性分析方法的探索具有一定的参考意义。
【关键词】：横列式直升机 无周期变距旋翼 结构建模 气弹响应 气弹稳定性
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V275.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 注释表12-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 引言14-16
• 1.2 横列式直升机概述16-19
• 1.3 国内外旋翼气弹响应与稳定性研究现状19-22
• 1.4 本论文研究的主要内容22-23
• 第二章 无周期变距旋翼结构动力学模型23-47
• 2.1 引言23
• 2.2 坐标系与假设23-27
• 2.3 旋翼万向铰结构27-28
• 2.4 旋翼结构矩阵28-35
• 2.4.1 无量纲化与阶次处理28-29
• 2.4.2 虚应变能29-32
• 2.4.3 虚动能32-35
• 2.5 结构矩阵有限元离散化35-41
• 2.5.1 桨叶单元有限元离散35-36
• 2.5.2 单元结构矩阵36-39
• 2.5.3 桨叶单元边界条件39-40
• 2.5.4 桨叶总体矩阵组集40-41
• 2.6 桨叶固有特性计算41-42
• 2.7 旋翼结构动力学模型验证42-45
• 2.7.1 模型桨叶1动特性验证42-44
• 2.7.2 模型桨叶2动特性验证44-45
• 2.7.3 SA349/2 桨叶动特性验证45
• 2.8 本章小结45-47
• 第三章 无周期变距旋翼气动模型47-58
• 3.1 引言47
• 3.2 旋翼气动矩阵47-51
• 3.2.1 桨叶气流速度47-49
• 3.2.2 准定常气动载荷49-51
• 3.3 气动矩阵有限元离散化51-56
• 3.3.1 转化矩阵51-52
• 3.3.2 桨叶气动虚功有限元离散化52-55
• 3.3.3 万向铰气动虚功有限元离散化55-56
• 3.4 入流模型56-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第四章 无周期变距旋翼气弹响应分析58-84
• 4.1 引言58-59
• 4.2 直升机飞行状态配平59-60
• 4.3 气弹响应计算方法60-66
• 4.3.1 气弹响应模态法60-63
• 4.3.2 气弹响应数值积分法63-66
• 4.4 气弹响应计算流程66-68
• 4.5 旋翼气弹响应计算68-82
• 4.5.1 SA349/2 旋翼气弹响应计算68-70
• 4.5.2 模型桨叶3悬停气弹响应计算70-73
• 4.5.3 模型桨叶3前飞气弹响应计算73-77
• 4.5.4 样例直升机旋翼悬停气弹响应计算77-80
• 4.5.5 样例直升机旋翼前飞气弹响应计算80-82
• 4.6 本章小结82-84
• 第五章 无周期变距旋翼气弹稳定性分析84-94
• 5.1 引言84
• 5.2 旋翼动力学方程处理84-85
• 5.3 状态空间转换85-86
• 5.4 样例直升机旋翼气弹稳定性分析86-93
• 5.4.1 不同预锥角下旋翼总距对稳定性的影响86-88
• 5.4.2 悬停状态下万向铰刚度对稳定性的影响88-90
• 5.4.3 不同拉力系数下前进比对稳定性的影响90-92
• 5.4.4 不同翼段摆振刚度对稳定性的影响92-93
• 5.5 本章小结93-94
• 第六章 总结与展望94-96
• 6.1 本文的主要工作94-95
• 6.2 未来研究工作的设想95-96
• 参考文献96-99
• 致谢99-100
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文100

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1 宋亚平;浅谈旋翼的防腐维护[J];航空维修与工程;2004年04期

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本文编号：955474